废弃矿山地质环境影响评价与生态修复

王亨力 谢道雷 刘咏明 倪深海

摘要：指出了随着经济社会的发展，大量矿产资源的开采过程中或开采后，不可避免会造成土壤有机质的组成和结构改变，产生了占用耕地、林地、污染空气等矿山地质环境问题，不仅威胁到人民生命安全，而且严重地影响生态环境，引起了人们的高度重视。以滨州市废弃矿山为例，进行了矿产资源开发利用调查及系统收集整资料，利用模糊数学的方法，从土地占损率、矿山地质环境问题点分布密度、地质灾害三个方面开展了废弃矿山环境影响评价。针对废弃矿山的露天采坑、破损山体、土地占损等地质环境问题，提出了废弃矿山地质环境保护与生态修复的对策，以期为有关部门制定水土保持规划提供参考。

关键词：废弃矿山;环境影响评价;地质灾害;生态修复

中图分类号：X828

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（ 2019） 24-0079-05

1 引言

随着矿产资源的开发，对矿山及其周围环境造成了污染并诱发多种地质灾害，破坏了生态环境。越来越突出的环境问题不仅威胁到人民生命安全，且严重地制约国民经济的发展。针对不同区域内不同环境地质问题，合理地对矿山地质环境质量进行分区，提出预防及修复对策，可为政府决策部门提供针对性强、目的明确、方法合理的对策建议，具有重要的理论和实际指导意义[1]。

国内對于矿山地质环境评价始于20世纪90年代，主要针对矿业开发对环境的影响，在层次分析法、模糊综合评判法、图层叠加法、集对分析法、有限差分法等方法上取得了一定的成果[2]。21世纪初，国内学者提出了矿山环境调查的类型、内容、方法和具体技术要求，系统阐述了矿山环境现状、演变过程和发展趋势的单问题和多问题综合评价的基本理论和评价方法[3];提出建立二层评价模型，采用模糊综合评判方法并以西部矿山开发为例对矿山地质环境进行量化评价研究[4];后来探索性地建立了矿山环境评价指标体系，构建了评价模型，并选取某区为评价单元，给出了各单元环境质量综合指数[5，6];基于GIS和RS技术，分析比对网格法、矢量多边形法及缓冲区法对辽宁省葫芦岛矿区的矿山地质环境评价效果，最终矢量多边形法更加适合对该区的评价[7-9]。关于矿山生态修复，2015年西澳大学的Anawar H M通过地球化学、矿山类型、矿物学、质地、矿石开采和气候知识对采矿废料和酸性矿山排水进行可持续修复[11];Lisa等对澳大利亚和德国的雷区复垦进行了比较，分析了立法条例、某些适用的修复工作方法以及采矿对自然的影响方面可能出现的问题[12，13];2017年Jordan M M等通过渗透色谱柱的离子迁移率和相关性理论，利用矿渣和生物固体设计出恢复采矿活动的技术溶胶[14]。国内学者分析废弃矿山土壤的主要问题，在物理、化学、生物三方面对稀土废弃矿山土壤进行改良进行生态修复[15]。本文通过模糊数学的方法，从土地占损率、矿山地质环境问题点分布密度、地质灾害三个方面开展废弃矿山环境影响评价[16]。根据当地实际情况，针对废弃矿山的露天采坑、破损山体、土地占损等地质环境问题，提出废弃矿山地质环境保护与生态修复对策。

2 研究区概况及评价分区

2.1 概况

滨州市位于山东省黄河三角洲平原，具有丰富的黄土，可作为砖瓦用粘土。20世纪80年代开始，粘土矿矿山的开采，促进了当地经济社会快速发展，但占用了大量的耕地，林地，污染了环境，所以亟需对滨州市进行矿山地质环境治理。深入调查研究矿山地质环境背景与存在的矿山地质环境问题，对治理区的地质环境进行分区、评价，是确保矿山环境综合治理工作有效性的重要前提。

滨州市矿山地质环境问题主要分为两大类：露天采坑、破损山体。根据实际调查结果，破损山体及露天采坑共占损土地1166. 40 km2，可考虑恢复为耕地395. 35km2，详见表1。

2.2 评价分区

将矿山中心点坐标和矿区范围投影到分区图上，将图进行2 km×2 km进行网格划分，查看每个网格的矿山分布情况，多个矿山集中分布（大于2个），矿山之间相距小于2 km，作为一个集中连片区进行评价;单一面积小于1km2的独立矿山和大量无矿山的地区归为一般区。将两个相距小于2 km问题相似区合并为一个区;主要矿山地质环境问题不同时，将两个区分别评价，以突出主要矿山地质环境问题。

3 废弃矿山地质环境影响评价

3.1 评价因子

本文选择土地占损率A、矿山地质环境问题点分布密度B、地质灾害C这3个因子，通过对其量化赋值，进行分区评价。

3.2 分区评价方法

评价方法采用模糊数学法，其数学模型如下。

（l）土地占损率模糊判别。土地占损率：

式（4）中：Bi为矿山地质环境问题点分布密度模糊归属度。以分布密度大于等于25归为严重，其他小于25的按照公式（4）判别其模糊归属度。

（3）地质灾害。地质灾害判别因子C分为单位财产损失CC和灾害点分布密度CM两部分，地质灾害隐患点的影响与已发生的灾害点同等重要，险情威胁损失同直接经济损失。同样按百平方千米进行统计。单位面积财产损失：

参考地质灾害危险性评估规范（DZ/T 0286 -2015）地质灾害危害程度分级表[17]，见表2，以100万元和500万元作为分级标准，≥500万元的危害程度大，≤100万元的地质灾害危害程度小。建立模糊判别函数（7）如下：

式（7）中：CCi一单位面积财产损失的模糊归属度。单位面积财产损失大于等于500万元/km2严重归属度为1，小于500万元/km2则利用公式（7）判别。

注：灾情：指已发生的地质灾害，采用“人员伤亡情况”“直接经济损失”指标评价;险情：指可能发生的地质灾害，采用“受威胁人数”“可能直接经济损失”指标评价;危害程度采用“灾情”或“险情”指标评价

本文以5个小型灾害可比一个大型灾害，为增加其收敛性，将灾害点分布密度扩大10倍，建立灾害点分布密度模糊判别函数（8）：

式（8）中：CMi一灾害点分布密度模糊归属度。问题点密度大于等于5为严重，小于5则通过公式（8）进行模糊判别。建立地质灾害判别因子的模糊判别函数（9）如下：

（4）建立模糊判别矩阵Rij。根據上述函数，可分别汁算其矿山地质环境影响严重程度归属度，建立模糊判别矩阵Rij：

3.3 评价结果

本次评价滨州市矿山地质环境影响主要分为较严重区和轻微区两类。共划分2个矿山地质环境影响较严重区和24个矿山地质环境影响轻微区（图1）。

本次评价分区结果大部分为影响轻微区，轻微区主要包括各县区内占损土地面积与问题个数相对较少的砖瓦用粘土矿。面积共907. 12km2。较严重区主要包括各县区内占损土地面积较大、问题个数较多的砖瓦用粘土矿。面积共69. 14 km2。

4 矿山地质环境保护与分区生态修复

4.1 分区依据

矿山地质环境问题修复分区根据矿山开发对地质环境影响程度级别，充分考虑国家和地方政府的有关法规，坚持保护优先、预防为主、预防与治理相结合以及关闭及闭坑矿山治理优先的原则。除此之外，重点考虑对生态环境进行保护，结合矿山生产对地质环境的影响程度及可恢复性，进行矿山地质环境保护与修复分区。分为矿山地质生态保护区：国家及地方政府规定的矿产资源禁采区;矿山地质生态预防区：国家和地方政府规定的矿产资源限采区和开采区（鼓励开采区）;矿山地质生态治理区：矿产资源开发已经对矿山地质环境造成影响或破坏，须采取相应措施实施恢复治理的区域。

4.2 分区评述

4.2.1 矿山地质生态保护区

根据分区方法，全市共划分17个重点保护区，主要包括各级自然保护区，各级森林公园以及重要输水工程等，保护总面积845. 293 km2。其中国家级自然保护区1个，保护面积435. 42 km2，省级地质遗迹保护区1个，保护面积0. 133 kmz;国家级森林公园1个，保护面积4.8 km2，省级森林公园1个，保护面积20.4 km2。

17个保护区全部为禁采区域，禁止人为矿业活动，防止地形地貌被人为破坏，保护当地自然人文景观。

4.2.2 矿山地质生态预防区

本次共划分7个矿山地质环境预防区，面积共计1254. 97 km2。7处预防区内的矿山皆正在开采矿山，应当防止造成矿产资源开采过度，造成新的矿山地质环境问题产生，监测、控制其破坏程度，可边开采边治理。

4.2.3 矿山地质生态治理区

本次共划分25个矿山地质环境治理区，总面积为420. 08 km2，为砖瓦用粘土矿及破损山体治理区。各分区详情，见图2。

4.3 分区生态修复对策

4.3.1 矿山地质生态保护区对策

对于各级自然保护区、旅游风景名胜区、城市饮用水源地以及重要输水工程等保护区域.按照相关要求，严格控制矿权设置。对于原有的关停矿山，应尽早清理废弃物，复垦土地。

4.3.2 关闭矿山修复对策

（l）工业广场及固体废弃物。根据矿山地质环境现状，砖瓦用粘土矿的工业广场以及固体废弃物的占损土地问题可恢复性较强，恢复难度小，无较大地形地貌破坏，经济效益和环境效益较高。可恢复成耕地、林地以及其他等。

（2）露天采坑。露天采坑占损土地问题可恢复性相对较差，恢复难度和资金投入较工业广场均有所增加，许多采坑深度在3m左右，并且积水，可考虑进行挖深垫浅，复垦为耕地或林地，对于部分较深的积水采坑，可以根据其水质类型，考虑改建为渔业养殖水塘，并在坑边架设防护网，设立安全警示牌，以防对周围居民安全造成威胁。

（3）破损山体。破损山体地环问题共计占损土地185. 89 hm2，可考虑恢复为林地，可以通过清理危岩、回填种植土、种植树苗等措施进行矿山复绿，改善区域自然环境，或者将破损山体改建为建筑用地等。

4.4 重点修复工程

对矿区占用及破坏的土地进行恢复治理，采取回填、平整、覆土的方式改造为耕地、建设用地。针对长期积水的采坑，实施精养渔塘改造用于农业灌溉或渔业养殖。

（1）覆土造田模式。将废弃露天采坑回填整平，充填材料就近的黄河落淤，并需铺表土层，对粮食、经济作物表土层不小于0.8 m，对种植树木表土层一般不小于1.5 m，其中腐殖土层厚度不小于0. 3～0.5 m。

（2）建设用地模式。采用风化砂或粉煤灰等固废物充填采坑，夯实，经检测合格后可作为民用或工业建设用地。

（3）渔业养殖模式。适宜于采坑深度大，靠近水源的矿坑，进行进一步整理，改造成水塘，利用河水或矿坑积水发展水产养殖业或直接用于农业灌溉。

（4）矿山复绿模式。清理危岩、碎石，回填耕植土，种植树苗，恢复绿色植被。

5 结论

（1）滨州市矿山地质环境问题主要分为两大类：露天采坑、破损山体。滨州市矿山地质环境影响评价共分为26个区，利用模糊数学的方法的评价共划分为2个矿山地质环境影响较严重区和24个矿山地质环境影响轻微区。

（2）根据实际情况进行分区保护与修复，分别对矿山地质环境保护区、矿山地质环境预防区以及重点工程分别提出不同的意见建议。对于生态保护区，应及时清理废弃物，复垦土地;一些已关闭的矿山则根据实际情况改造成林地、耕地、草地或鱼塘进行生态养殖;对于一些重点修复工程提出了覆土造田、建设用地、渔业养殖以及矿山复绿四种模式以供参考。对于滨州市的矿山环境治理具有重要的借鉴意义，同时对众多与滨州市情况类似的城市具有推广意义。矿山地质环境的保护与修复是推进生态文明建设、促进人与自然和谐相处的重要一步。

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收稿日期：2019-10-30

基金项目：国家重点研发计划（编号：2017YFC0403505）;国家重点研发计划（编号：2017YFCl502401）

作者简介：王亨力（1997-），男，硕士研究生，主要从事水资源保护与管理研究。

通讯作者：倪深海（1964-），男，博士，教授级高级工程师，主要从事干旱灾害风险防控、水资源配置与管理方面的科学研究。